Interdigital transducers for lamb-wave based SHM systems: design and sensitivity analysis

• Autorzy: Mańka M. , Rosiek M. , Martowicz A. , Uhl T.

Warianty tytułu

PL

Przetworniki IDT dla systemów monitorowania stanu konstrukcji z zastosowaniem fal lamba: projektowanie i analiza wrażliwości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Structural health monitoring (SHM) systems have been constantly improved in the past decades. Sensors for SHM should be built-in to perform continuous measurements in opposite to non-destructive testing (NDT), in case of which sensors have to be mounted on the structure only during measurements. One of the most promising type of the transducers dedicated for SHM systems is Interdigital Transducer (IDT), which is designed for ultrasonic Lamb wave monitoring. Mode selectivity, high excitation strength, wave directivity, small size and relatively low cost are the most important advantages of the IDT. In the paper a designing process of the IDT is presented. Then, the results of numerical simulations and sensitivity analysis are discussed for exemplary IDT configuration.

PL

Systemy monitorowania stanu konstrukcji (SHM) w ostatnich latach są dynamicznie rozwijane. Przetworniki wykorzystywane w tego typu systemach są na stałe montowane na badanej konstrukcji pozwalając na ciągły pomiar zmian jest stanu. Jednym z przetworników stosowanych w systemach SHM bazujących na powierzchniowych falach ultradźwiękowych są przetworniki międzypalczaste (IDT). Ich głównymi zaletami są małe rozmiary oraz zdolność do generowania wąskopasmowej fali kierunkowej o stosunkowo wysokiej amplitudzie. W artykule przedstawiony został proces projektowania przetworników IDT. Omówiono wyniki przeprowadzonych symulacji oraz procesu analizy wrażliwości dla przedstawionej konstrukcji.

Słowa kluczowe

EN

Lamb waves; System Health Monitoring; transducer; interdigital transducer

PL

fale Lamba; systemy monitorowania stanu konstrukcji; przetworniki międzypalczaste; IDT

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Mechanics and Control
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 30, no. 2
• Strony: 79--84
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Mańka M.

autor

Rosiek M.

autor

Martowicz A.

autor

Uhl T.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Department of Robotics and Mechatronics, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland,

Bibliografia

• Bellan F. et al. 2005, A new design and manufacturing process for embedded Lamb waves interdigital transducers based on piezopolymer film. A Sensors and Actuators, No. 123-124, pp. 379-387.
• Capineri L. et al. 2002, Design Criteria And Manufacturing Technology of Piezo-Polymer Transducer Arrays For Acoustic Guided Waves Detection. IEEE Ultrasonic Symposium [S.I.]: [s.n.].
• Culshaw B., Pierce S.G., Staszewski W.J. 1998, Condition monitoring in composite materials: an integrated systems approach. Proc. of Institute of Mechanical Engineers, No. 212, pp. 189-20.
• Luginbuhl P. et al. 1997, Microfabricated Lamb Wave Device Based on PZT Sol-Gel Thin Film for Mechanical Transport of Solid Particles and Liquids. Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 6, No. 4, pp. 337-346.
• Mamishev A.V. et al. 2004, Interdigital Sensors and Transducers. Proc. of the IEEE, 5, No. 92, pp. 808-845.
• Monkhouse R.S.C., Wilcox P.D.; Cawley P. 1997, Flexible interdigital PVDF transducers for the generation of Lamb waves in structures. Ultrasonics, No. 35, pp. 489-498.
• Monkhouse R.S.C. et al. 2000, The rapid monitoring of structures using interdigital Lamb. Smart Materials and Structures, No. 9, pp. 304-309.
• Na J.K., Blackshire J.L., Kuhra S. 2008, Design, fabrication and characterization of single-element interdigital transducers for NDT applications. Sensors and Actuators A, No. 148, pp. 359-365.
• Na J.K., Blackshire J.L. 2010, Interaction of Rayleigh surface waves with a tightly closed fatigue crack. NDT&E International, No. 43, pp. 432-439.
• Raghavan A., Cesnik C.E.S. 2007, Review of Guided-wave Structural Health Monitoring. The Shock and Vibration Digest, vol. 2, No. 39, pp. 91-114.
• Rose J.L.A. 2002, Baseline and vision of ultrasonic wave inspection potential. Journal of Pressure Vessel Technology, No. 124, pp. 273-282.
• White R.M., Voltmer F.M. 1965, Direct piezoelectric coupling to surface elastic waves. Applied Physics Letters, No. 7, pp. 314-316.
• Wilcox P.D., Cawley P., Lowe M.J.S. 1998, Acoustic fields from PVDF interdigital transducers. IEE Proc. Science, Measurement and Technology, 5, No. 145.
• Williams B.R. et al. 2002, An Overview of Composite Actuators with Piezoceramic Fibers. 20th International Modal Analysis Conference. Los Angeles: [s.n.], pp. 421-427.